DE102013100400A1 - Reactant control method for a fuel cell system in idling stop operation - Google Patents

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Daniel HARRIS
John P. Salvador
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Abstract

Ein System und ein Verfahren zum Regeln der Reaktanten in Anoden- und Kathodenbereichen eines Brennstoffzellenstapels während der Brennstoffzellenstapel in einem Stand-by-Betrieb oder Leerlauf-Stopp-Betrieb ist. Das Verfahren beinhaltet das Identifizieren eines Spannungssollwertes für eine Durchschnittsspannung der Brennstoffzellen in dem Brennstoffzellenstapel oder einer Gesamtstapelspannung, die eine für den Leerlauf-Stopp-Betrieb akzeptable Minimalspannung ist. Der tatsächliche Zellenspannungsdurchschnitt oder die tatsächliche Stapelspannung wird mit dem Spannungssollwert verglichen, um eine Spannungsregeldifferenz zu erzeugen. Die Spannungsregeldifferenz wird einem Kontroller zur Verfügung gestellt, der Wasserstoffgas einem Anodenbereich des Stapels zum Erhöhen des Anodenbereichsdrucks zuführt, was die Spannungsregeldifferenz vermindert, falls die Spannung über dem Spannungssollwert liegt und/oder mehr Kathodenluft zu dem Kathodenbereich des Brennstoffzellenstapels zuführt, falls die Spannungsregeldifferenz unterhalb des Spannungssollwertes liegt.A system and method for controlling the reactants in anode and cathode regions of a fuel cell stack while the fuel cell stack is in a standby or idle stop mode. The method includes identifying a voltage setpoint for an average voltage of the fuel cells in the fuel cell stack or a total stack voltage that is a minimum voltage acceptable for idle-stop operation. The actual cell voltage average or actual stack voltage is compared to the voltage setpoint to produce a voltage regulation difference. The voltage regulation difference is provided to a controller that supplies hydrogen gas to an anode region of the stack to increase the anode region pressure, which reduces the voltage regulation difference if the voltage is above the voltage setpoint and / or supplies more cathode air to the cathode region of the fuel cell stack if the voltage regulation difference is below the Voltage setpoint is.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

1. Gebiet der Erfindung1. Field of the invention

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf ein System und ein Verfahren zum Regeln der Reaktanten innerhalb eines Brennstoffzellenstapels, während der Stapel in einem Stand-by-Betrieb oder einem Leerlauf-Stopp-Betrieb ist, und insbesondere auf ein System und ein Verfahren zum Regeln der Reaktanten innerhalb eines Brennstoffzellenstapels, während der Stapel in einem Stand-by-Betrieb oder einem Leerlauf-Stopp-Betrieb ist, wobei das Verfahren den Anodenbereichsdruck durch Zuführen von Wasserstoff zu dem Anodenbereich des Stapels regelt und/oder den Kathodenluftfluss zu dem Kathodenbereich des Stapels regelt.This invention relates generally to a system and method for controlling the reactants within a fuel cell stack while the stack is in a stand-by mode or an idle-stop mode, and more particularly to a system and method for controlling the reactants within a fuel cell stack while the stack is in a stand-by mode or an idle-stop mode, the method controlling the anode region pressure by supplying hydrogen to the anode region of the stack and / or controlling the cathode air flow to the cathode region of the stack.

2. Diskussion des Standes der Technik2. Discussion of the Related Art

Wasserstoff ist ein sehr attraktiver Brennstoff, da er sauber ist und dazu verwendet werden kann, effizient Elektrizität in einer Brennstoffzelle zu produzieren. Eine Wasserstoffbrennstoffzelle ist eine elektrochemische Vorrichtung, die eine Anode und eine Kathode beinhaltet, zwischen denen ein Elektrolyt angeordnet ist. Die Anode erhält Wasserstoffgas und die Kathode erhält Sauerstoff oder Luft. Das Wasserstoffgas wird in der Anode dissoziiert, um freie Wasserstoffprotonen und Elektronen zu erzeugen. Die Wasserstoffprotonen gelangen durch den Elektrolyten zu der Kathode. Die Wasserstoffprotonen reagieren mit dem Sauerstoff und den Elektronen in der Kathode und erzeugen dabei Wasser. Die Elektronen können von der Anode nicht durch den Elektrolyten gelangen. Dementsprechend werden sie über eine Last geleitet, um Arbeit auszuführen, bevor sie an die Kathode gelangen.Hydrogen is a very attractive fuel because it is clean and can be used to efficiently produce electricity in a fuel cell. A hydrogen fuel cell is an electrochemical device including an anode and a cathode, between which an electrolyte is disposed. The anode receives hydrogen gas and the cathode receives oxygen or air. The hydrogen gas is dissociated in the anode to generate free hydrogen protons and electrons. The hydrogen protons pass through the electrolyte to the cathode. The hydrogen protons react with the oxygen and electrons in the cathode, producing water. The electrons can not pass through the electrolyte from the anode. Accordingly, they are passed over a load to perform work before they reach the cathode.

Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen (PEMFC) sind eine populäre Brennstoffzelle für Fahrzeuge. Eine PEMFC beinhaltet im Allgemeinen eine feste Polymerelektrolytenprotonenleitende Membran, so zum Beispiel eine Membran aus einer Perfluorsulfonsäure. Die Anode und die Kathode beinhalten typischerweise fein verteilte Katalysatorteilchen, gewöhnlicher Weise Platin (Pt), verteilt auf Kohlenstoffpartikeln und vermischt mit einem Ionomer. Die Katalysatormischung ist an entgegengesetzten Seiten der Membran aufgebracht. Die Kombination der Anodenkatalysatormischung, der Kathodenkatalysatormischung und der Membran definieren eine Membranelektroden-Anordnung (MEA). MEAs sind in der Herstellung relativ teuer und erfordern bestimmte Bedingungen für einen effektiven Betrieb.Proton Exchange Membrane Fuel Cells (PEMFC) are a popular fuel cell for vehicles. A PEMFC generally includes a solid polymer electrolyte proton conductive membrane, such as a perfluorosulfonic acid membrane. The anode and cathode typically include finely divided catalyst particles, usually platinum (Pt) dispersed on carbon particles and mixed with an ionomer. The catalyst mixture is applied to opposite sides of the membrane. The combination of the anode catalyst mixture, the cathode catalyst mixture and the membrane define a membrane electrode assembly (MEA). MEAs are relatively expensive to manufacture and require certain conditions for effective operation.

Typischerweise werden mehrere Brennstoffzellen zu einem Brennstoffzellenstapel kombiniert, um die gewünschte Leistung zu generieren. Beispielsweise kann ein typischer Brennstoffzellenstapel für ein Fahrzeug 200 oder mehr gestapelte Brennstoffzellen haben. Der Brennstoffzellenstapel erhält ein Kathodeneingangsgas, wobei typischerweise ein Luftfluss mittels eines Kompressors durch den Stapel geleitet wird. Von dem Stapel wird nicht der gesamte Sauerstoff aufgebraucht und einiges an Luft wird als Kathodenabgas ausgelassen, wobei das Kathodenabgas Wasser als ein Stapelabfallprodukt beinhalten kann. Der Brennstoffzellenstapel erhält auch ein Anodenwasserstoffeingangsgas, das in die Anodenseite des Stapels fließt. Der Stapel beinhaltet des Weiteren Flusskanäle, durch welche eine Kühlflüssigkeit fließt.Typically, multiple fuel cells are combined into a fuel cell stack to generate the desired performance. For example, a typical fuel cell stack for a vehicle 200 or have more stacked fuel cells. The fuel cell stack receives a cathode input gas, typically with an air flow passing through the stack by means of a compressor. Not all of the oxygen is consumed by the stack, and some of the air is discharged as the cathode exhaust, and the cathode exhaust may include water as a stack waste product. The fuel cell stack also receives an anode hydrogen input gas that flows into the anode side of the stack. The stack further includes flow channels through which a cooling fluid flows.

Ein Brennstoffzellenstapel weist typischerweise eine Reihe von Bipolarplatten auf, die in dem Stapel zwischen die mehreren MEAs angeordnet sind, wobei die Bipolarplatten und die MEAs zwischen zwei Endplatten angeordnet sind. Die Bipolarplatten beinhalten eine Anodenseite und eine Kathodenseite zu benachbarten Brennstoffzellen in dem Stapel. Anodengasflusskanäle sind auf dem Anodenbereich der Bipolarplatten vorgesehen, die es erlauben, dass das Anodenreaktionsgas zu der jeweiligen MEA fließt. Auf dem Kathodenbereich der Bipolarplatten sind Kathodengasflusskanäle vorgesehen, die es erlauben, dass das Kathodenreaktionsgas zu der jeweiligen MEA fließt. Eine Endplatte beinhaltet Anodengasflusskanäle und die andere Endplatte beinhaltet Kathodengasflusskanäle. Die Bipolarplatten und Endplatten bestehen aus einem leitfähigen Material, wie zum Beispiel rostfreiem Stahl oder einem leitfähigen Verbundmaterial. Die Endplatten leiten die Elektrizität, die von den Brennstoffzellen generiert wurde, aus dem Stapel heraus. Die Bipolarplatten beinhalten des Weiteren Flusskanäle, durch welche ein Kühlmittel fließt.A fuel cell stack typically has a series of bipolar plates disposed in the stack between the plurality of MEAs, with the bipolar plates and the MEAs disposed between two end plates. The bipolar plates include an anode side and a cathode side to adjacent fuel cells in the stack. Anode gas flow channels are provided on the anode region of the bipolar plates that allow the anode reaction gas to flow to the respective MEA. Cathode gas flow channels are provided on the cathode region of the bipolar plates that allow the cathode reaction gas to flow to the respective MEA. One end plate includes anode gas flow channels and the other end plate includes cathode gas flow channels. The bipolar plates and end plates are made of a conductive material such as stainless steel or a conductive composite material. The end plates divert the electricity generated by the fuel cells out of the stack. The bipolar plates further include flow channels through which a coolant flows.

Während des Normalbetriebs eines Brennstoffzellensystems (FCS) treten einige parasitäre Verluste auf, die die Systemeffizienz reduzieren. Diese Verluste umfassen die Diffusion des Wasserstoffs von dem Anodenbereich des Stapels zu dem Kathodenbereich des Stapels, elektrische Kurzschlüsse und Leistungsaufnahme von Zusatzgeräten wie zum Beispiel Pumpen, dem Kompressor etc. Wenn keine elektrische Leistung von dem Brennstoffzellenstapel gewünscht wird, können die parasitären Verluste durch Reduzieren des Flusses an Reaktanten zum Brennstoffzellensystem reduziert werden.During normal operation of a fuel cell system (FCS), some parasitic losses occur which reduce system efficiency. These losses include diffusion of hydrogen from the anode region of the stack to the cathode region of the stack, electrical shorts, and power consumption of accessories such as pumps, the compressor, etc. If no electrical power is desired from the fuel cell stack, the parasitic losses can be reduced by reducing the Flow of reactants are reduced to the fuel cell system.

Es gibt Fälle, bei denen das Brennstoffzellenfahrzeug sehr wenig Leistung benötigt, beispielsweise wenn das Brennstoffzellenfahrzeug an einer roten Ampel gestoppt wird. Das Bereitstellen eines normalen Reaktantenflusses an den Brennstoffzellenstapel ist im Allgemeinen in diesen Situationen verschwenderisch, da die Reaktantenpermeation und elektrische Lastanforderung von den verbauten Komponenten sehr signifikant sein können. Es ist im Allgemeinen wünschenswert, die Stapelausgangsleistung und die Leistungsaufnahme während dieser Leerlaufbedingungen zu reduzieren, um den Brennstoffverbrauch des Systembrennstoffs zu verbessern.There are cases where the fuel cell vehicle requires very little power, for example, when the fuel cell vehicle is stopped at a red traffic light. Providing a normal reactant flow to the fuel cell stack is generally wasteful in these situations because the reactant permeation and electrical load demand from the installed components can be very significant. It is generally desirable to reduce stack output power and power consumption during these idle conditions to improve fuel consumption of the system fuel.

Für diese und möglicherweise andere Brennstoffzellensystembetriebsbedingungen kann es wünschenswert sein, das System in einen Stand-by-Betrieb oder einen Leerlauf-Stopp-Betrieb zu versetzen, wobei das System wenig oder gar keine Leistung aufnimmt, die Menge an Brennstoff, die verbraucht wird, minimal ist und das System schnell aus dem Stand-by-Betrieb hochfahren kann, um so die Systemeffizienz zu steigern und die Systemdegradation zu reduzieren. US Patent Application Serial Number 12/723,261, mit dem Titel ”Stand-by-Betrieb zur Optimierung der Lebensdauereffizienz einer Brennstoffzellenfahrzeuganwendung”, angemeldet am 12. März 2010 vom Anmelder dieser Anmeldung und hiermit durch Bezugnahme inkorporiert, offenbart ein bekanntes Verfahren zum Versetzen eines Fahrzeugbrennstoffzellensystems in einen Stand-by-Betrieb, um Brennstoff zu sparen.For these and possibly other fuel cell system operating conditions, it may be desirable to put the system in a stand-by mode or an idle-stop mode, with the system receiving little or no power, the amount of fuel consumed is minimal and the system can quickly ramp up from stand-by to increase system efficiency and reduce system degradation. U.S. Patent Application Serial Number 12 / 723,261, entitled "Stand-by Operation to Optimize Lifetime Efficiency of a Fuel Cell Vehicle Application" filed March 12, 2010, by the assignee of this application and incorporated herein by reference, discloses a known method of relocating a vehicle fuel cell system in a stand-by mode to save fuel.

Da die Reaktantenflüsse während eines Stand-by-Betriebs oder eines Leerlauf-Stopp-Betriebs reduziert sind und die Konzentration an Reaktanten in den Anoden- und Kathodenbereichen sinken, können sich in dem Brennstoffzellenstapel unerwünschte Bedingungen entwickeln. Beispielsweise wandert Wasserstoff durch die Membranen und reichert sich in dem Kathodenbereich an, wenn kein Luftfluss zu dem Kathodenbereich des Stapels stattfindet, wo sich eine Wasserstoff/Stickstoff/Wasser-Mischung bildet. Wenn dann Leistung von dem Brennstoffzellensystem gefordert wird, kann es notwendig sein, dass das wasserstoffreiche Gas in dem Kathodenbereich mit Verdünnungsmitteln gemischt werden muss, um exzessiven Wasserstoff in dem Fahrzeugabgas zu vermeiden. Dieser Verdünnungsprozess verlangsamt den Wiederstart des Brennstoffzellensystems und kann unerwünschte Leistungseinbrüche verursachen.Since the reactant flows are reduced during stand-by or idle-stop operation and the concentration of reactants in the anode and cathode regions decreases, undesirable conditions may develop in the fuel cell stack. For example, hydrogen migrates through the membranes and accumulates in the cathode region when there is no air flow to the cathode region of the stack where a hydrogen / nitrogen / water mixture forms. Then, when power is required from the fuel cell system, it may be necessary for the hydrogen-rich gas in the cathode region to be mixed with diluents to avoid excessive hydrogen in the vehicle exhaust. This dilution process slows down the re-start of the fuel cell system and can cause undesirable power drops.

Darüber hinaus ist das Aufrechterhalten einer wasserstoffreichen Konzentration in dem Anodenbereich während des gesamten Stand-by-Betriebs ebenfalls wichtig. Ohne hinreichende Abgabe von Wasserstoff an den Anodenbereich kann Sauerstoff, der in dem Kathodenbereich vorhanden ist, in den Anodenbereich wandern. Signifikante lokale Konzentrationen von sowohl an Sauerstoff als auch an Wasserstoff in verschiedenen Bereichen des Anodenbereichs können eine Wasserstoff/Luft-Front verursachen, welche eine signifikante Kohlenstoffkorrosion der Kathodenelektrode bewirken kann, was Fachleuten gut bekannt ist.In addition, maintaining a hydrogen-rich concentration in the anode area throughout stand-by operation is also important. Without sufficient hydrogen delivery to the anode region, oxygen present in the cathode region may migrate into the anode region. Significant local concentrations of both oxygen and hydrogen in various regions of the anode region can cause a hydrogen / air front which can cause significant carbon corrosion of the cathode electrode, which is well known to those skilled in the art.

Um die Sauerstoffanreicherung in dem Anodenbereich oder die Wasserstoffanreicherung in dem Kathodenbereich zu regeln, ist die präzise Regelung der Luft- und Wasserstoffreaktanten des Brennstoffzellenstapels kritisch.In order to control the oxygen enrichment in the anode region or the hydrogen enrichment in the cathode region, the precise control of the air and hydrogen reactants of the fuel cell stack is critical.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Im Einklang mit den Lehren der vorliegenden Erfindung werden ein System und ein Verfahren zum Regeln der Reaktanten in Anoden- und Kathodenbereichen eines Brennstoffzellenstapels, während der Brennstoffzellenstapel in einem Stand-by-Betrieb oder einem Leerlauf-Stopp-Betrieb ist, offenbart. Das Verfahren beinhaltet das Identifizieren eines Spannungssollwertes für eine mittlere Spannung der Brennstoffzellen in dem Brennstoffzellenstapel oder einer Gesamtstapelspannung, die eine für den Leerlauf-Stopp-Betrieb akzeptable Minimalspannung ist. Der tatsächliche Zellenspannungsdurchschnitt oder die tatsächliche Stapelspannung wird mit dem Spannungssollwert verglichen, um eine Spannungsregeldifferenz zu erzeugen. Die Spannungsregeldifferenz wird einem Kontroller zur Verfügung gestellt, der Wasserstoffgas dem Anodenbereich des Stapels zuführt, um, falls die Spannung über dem Spannungssollwert ist, den Anodenbereichsdruck zu erhöhen, was die Spannungsregeldifferenz vermindert, und/oder mehr Kathodenluft dem Kathodenbereich des Brennstoffzellenstapels zuführt, falls die Spannungsregeldifferenz unterhalb des Spannungssollwerts ist.In accordance with the teachings of the present invention, a system and method for controlling the reactants in anode and cathode regions of a fuel cell stack while the fuel cell stack is in a stand-by mode or an idle-stop mode are disclosed. The method includes identifying a voltage setpoint for a mean voltage of the fuel cells in the fuel cell stack or a total stack voltage that is a minimum voltage acceptable for idle-stop operation. The actual cell voltage average or actual stack voltage is compared to the voltage setpoint to produce a voltage regulation difference. The voltage regulation difference is provided to a controller which supplies hydrogen gas to the anode region of the stack to increase the anode region pressure if the voltage is above the voltage setpoint, which reduces the voltage regulation difference and / or supplies more cathode air to the cathode region of the fuel cell stack, if Voltage control difference is below the voltage setpoint.

Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung und den beigefügten Patentansprüchen in Verbindung mit den beigefügten Figuren deutlich.Further features of the present invention will become apparent from the following description and the appended claims, taken in conjunction with the accompanying drawings.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGURENBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

1 ist ein einfaches schematisches Blockdiagramm eines Brennstoffzellensystems; 1 is a simple schematic block diagram of a fuel cell system;

2 ist ein Graph, bei dem die Zeit auf der horizontalen Achse und die Spannungsregeldifferenz und der Anodendruck an verschiedenen Orten auf der vertikalen Achse aufgetragen sind, der eine Beziehung zwischen dem Anodendruck und der Spannungsregeldifferenz zeigt; 2 Fig. 12 is a graph plotting time on the horizontal axis and the voltage regulation difference and the anode pressure at various locations on the vertical axis showing a relationship between the anode pressure and the voltage regulation difference;

3 ist ein Regelungssystem, das den Anodenbereichsdruck oder den Kathodenbereichsluftfluss regelt, wenn ein Brennstoffzellenstapel in einem Leerlauf-Stopp-Betrieb ist; und 3 FIG. 10 is a control system that controls the anode area pressure or the cathode area airflow when a fuel cell stack is in an idle-stop mode; FIG. and

4 ist ein Graph, bei dem die Zeit auf der horizontalen Achse und die Spannungsregeldifferenz und der Kathodenfluss an verschiedenen Orten auf der vertikalen Achse aufgetragen sind, der eine Beziehung zwischen der Spannungsregeldifferenz und dem Kathodenfluss zeigt. 4 is a graph in which the time on the horizontal axis and the voltage regulation difference and the cathode flux are plotted at various locations on the vertical axis showing a relationship between the voltage regulation difference and the cathode flux.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELEDETAILED DESCRIPTION OF THE EMBODIMENTS

Die folgende Diskussion der Ausführungsformen der Erfindung, die auf ein System und ein Verfahren zum Regeln der Reaktanten innerhalb eines Brennstoffzellenstapels gerichtet ist, wenn der Stapel in einem Stand-by-Betrieb oder Leerlauf-Stopp-Betrieb ist, ist rein beispielhafter Natur und in keiner Weise dazu gedacht, die Erfindung oder ihre Anwendungen oder Verwendungen zu begrenzen. Beispielsweise findet die vorliegende Erfindung eine besondere Anwendung bei einem Brennstoffzellensystem auf einem Fahrzeug. Für Fachleute ist es allerdings leicht verständlich, dass das System und das Verfahren der Erfindung auch andere Anwendungen haben kann.The following discussion of embodiments of the invention directed to a system and method for controlling the reactants within a fuel cell stack when the stack is in a stand-by or idle-stop mode is merely exemplary in nature and none Way to limit the invention or its applications or uses. For example, the present invention finds a particular application in a fuel cell system on a vehicle. However, it will be readily understood by those skilled in the art that the system and method of the invention may have other uses.

1 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Brennstoffzellensystems 10 mit einem Brennstoffzellenstapel 12. Ein Kompressor 14 stellt einen Luftfluss an den Kathodenbereich des Brennstoffzellenstapels 12 auf einer Kathodeneingangsleitung 16 über beispielsweise eine Wasserdampftransfereinheit 18 (WVT), die die Kathodeneinlassluft befeuchtet, bereit. Ein Kathodenabgas wird von dem Stapel 12 auf einer Kathodenabgasleitung 20 ausgelassen, welche das Kathodenabgas an die WVT-Einheit 18 leitet, um die Feuchtigkeit zur Befeuchtung der Kathodeneingangsluft bereitzustellen. Ein Druckbegrenzungsventil 38 ist in der Abgasleitung 20 angeordnet, welches geregelt wird, um den Druck innerhalb des Kathodenbereichs des Brennstoffzellenstapels 12 zu regeln. Eine Bypassleitung 22 ist um die WVT-Einheit 18 herum angeordnet, um einen Teil des Kathodenabgases oder das gesamte Kathodenabgas um die WVT-Einheit 18 herumzuleiten. In einer alternativen Ausführungsform kann die Bypassleitung 22 ein Einlassbypass sein. Ein Bypassventil 24 ist in der Bypassleitung 22 angeordnet und dieses wird geregelt, um selektiv das Kathodenabgas durch die WVT-Einheit 18 oder um die WVT-Einheit 18 herumzuführen, um die gewünschte Menge an Feuchtigkeit für die Kathodeneinlassluft bereitzustellen. Eine Bypassleitung 42 ist um den Brennstoffzellenstapel 12 herum angeordnet und ein Proportionalventil 40 ist in der Bypassleitung 42 angeordnet, um zu regeln, wieviel von dem Luftfluss von dem Kompressor 14 durch den Stapel 12 geleitet wird und wieviel um den Stapel 12 herumgeleitet wird. 1 is a schematic block diagram of a fuel cell system 10 with a fuel cell stack 12 , A compressor 14 provides an air flow to the cathode region of the fuel cell stack 12 on a cathode input line 16 for example, a water vapor transfer unit 18 (WVT), which humidifies the cathode inlet air. A cathode exhaust gas is removed from the stack 12 on a cathode exhaust gas line 20 left out the cathode exhaust gas to the WVT unit 18 conducts to provide the moisture for humidifying the cathode input air. A pressure relief valve 38 is in the exhaust pipe 20 which is regulated to the pressure within the cathode region of the fuel cell stack 12 to regulate. A bypass line 22 is about the WVT unit 18 arranged around a portion of the cathode exhaust gas or the entire cathode exhaust gas around the WVT unit 18 around pass. In an alternative embodiment, the bypass line 22 be an intake bypass. A bypass valve 24 is in the bypass line 22 This is controlled to selectively control the cathode exhaust gas through the WVT unit 18 or around the WVT unit 18 to provide the desired amount of moisture for the cathode inlet air. A bypass line 42 is around the fuel cell stack 12 arranged around and a proportional valve 40 is in the bypass line 42 arranged to regulate how much of the air flow from the compressor 14 through the pile 12 and how much around the pile 12 is led around.

Der Brennstoffzellenstapel 12 erhält Wasserstoff aus einer Wasserstoffquelle 26, die Wasserstoffgas in den Anodenbereich des Brennstoffzellenstapels 12 auf eine Anodeneingangsleitung 28 mittels eines Injektors 30 injiziert. Ein Anodenabgas wird aus dem Brennstoffzellenstapel 12 auf einer Rezirkulationsleitung 32 ausgelassen, die das Anodenabgas zurück an den Anodeneinlass rezirkuliert, indem sie dieses zu dem Injektor 30 leitet, der als ein Injektor/Ejektor betrieben werden kann, was Fachleuten gut bekannt ist. Ein geeignetes Beispiel für einen Injektor/Ejektor ist in der US 7,320,840 mit dem Titel ”Kombination eines Injektor-Ejektors für Brennstoffzellensysteme” angemeldet von dem Anmelder dieser Anmeldung und hiermit durch Bezugnahme inkorporiert, beschrieben. Wie in der Technik gut bekannt ist, reichert sich Stickstoff in dem Anodenbereich des Stapels 12 an, der dort die Konzentration an Wasserstoff reduziert und die Leistungsfähigkeit des Systems 10 beeinträchtigt. Ein Entlüftungsventil 34 ist in der Rezirkulationsleitung 32 angeordnet, um das Abgas periodisch zu entlüften, um Stickstoff aus dem Anodensubsystem zu entfernen. Das entlüftete Anodenabgas wird über die Entlüftungsleitung 36 zu der Kathodenabgasleitung 20 geführt.The fuel cell stack 12 receives hydrogen from a hydrogen source 26 , the hydrogen gas in the anode region of the fuel cell stack 12 on an anode input line 28 by means of an injector 30 injected. An anode exhaust gas is removed from the fuel cell stack 12 on a recirculation line 32 which recirculates the anode exhaust back to the anode inlet by sending it to the injector 30 which can be operated as an injector / ejector, which is well known to those skilled in the art. A suitable example of an injector / ejector is in the US 7,320,840 entitled "Combination of an Injector Ejector for Fuel Cell Systems" filed by the assignee of this application and incorporated herein by reference. As is well known in the art, nitrogen accumulates in the anode region of the stack 12 which reduces the concentration of hydrogen there and the performance of the system 10 impaired. A bleed valve 34 is in the recirculation line 32 arranged to periodically vent the exhaust gas to remove nitrogen from the anode subsystem. The deaerated anode exhaust gas is via the vent line 36 to the cathode exhaust gas line 20 guided.

Wenn der Stapel 12 in einen Stand-by-Betrieb oder einen Leerlauf-Stopp-Betrieb übergeht, sind Reaktanten in den Anoden- und Kathodenbereichen des Stapels 12 vorhanden. Typischerweise wird der meiste Sauerstoff in der Kathode langsam verbraucht, entweder durch eine geringe Stapellast oder durch Membranpermeation, zusammen mit einer begrenzten oder gar keiner Kathodenluftabgabe. Wasserstoff und Sauerstoff diffundieren allerdings, wie oben erwähnt, weiterhin durch die MEA und die Leitungen, sobald der Stand-by-Betrieb oder der Leerlauf-Stopp-Betrieb initiiert wird. Eine durch die Brennstoffzellen in dem Stapel 12 erzeugte Spannung deutet auf das Vorhandensein von Sauerstoff im Kathodenbereich des Stapels 12 und auf Wasserstoff im Anodenbereich des Stapels 12 hin, wobei das Vorhandensein von Sauerstoff im Kathodenbereich die Anreicherung von Wasserstoff im Kathodenbereich begrenzt. Zu viel an Spannung kann ein Indiz dafür sein, dass genug Sauerstoff im Kathodenbereich vorhanden ist, um zum Anodenbereich zu diffundieren und dort ein Problem für die Lebensdauer verursachen. Demnach kann eine Sollspannung bestimmt werden, die die optimale Reaktantenkonzentration in dem Anodenbereich und dem Kathodenbereich des Stapels 12 während des Stand-by-Betriebs oder des Leerlauf-Stopp-Betriebs vorgibt. Das Erhöhen des Anodenbereichsdrucks durch Zuführen von Wasserstoff zu dem Anodenbereich wird die Permeationsrate von Wasserstoff zum Kathodenbereich erhöhen. Wasserstoff, der zum Kathodenbereich gewandert ist, wird mit dem Sauerstoff im Kathodenbereich reagieren und die Spannung reduzieren.When the pile 12 go into stand-by or idle-stop operation, reactants are in the anode and cathode regions of the stack 12 available. Typically, most of the oxygen in the cathode is consumed slowly, either by a low stack load or by membrane permeation, along with limited or no cathode air delivery. However, as noted above, hydrogen and oxygen continue to diffuse through the MEA and the lines as soon as the standby or idle stop operation is initiated. One through the fuel cells in the stack 12 The voltage generated indicates the presence of oxygen in the cathode region of the stack 12 and hydrogen in the anode region of the stack 12 The presence of oxygen in the cathode region limits the accumulation of hydrogen in the cathode region. Too much voltage can be an indication that there is enough oxygen in the cathode area to diffuse to the anode area and cause a lifetime problem there. Thus, a setpoint voltage can be determined that determines the optimum reactant concentration in the anode region and the cathode region of the stack 12 during standby or idle stop operation. Increasing the anode region pressure by supplying hydrogen to the anode region will increase the permeation rate of hydrogen to the cathode region. Hydrogen that has migrated to the cathode region will react with the oxygen in the cathode region and reduce the voltage.

Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schlägt vor, einen Spannungssollwert (VSG) zu definieren, der eine Sollspannung für den Brennstoffzellenstapel vorgibt, der die oben diskutierten Probleme adressiert, wenn der Stapel 12 in einem Stand-by-Betrieb oder einem Leerlauf-Stopp-Betrieb ist. Der Spannungssollwert kann ein beliebiger niedriger Spannungswert, beispielsweise 100 mV, sein, der für eine-Stand-by-Betriebsspannung für die Zellen geeignet ist. In einer Ausführungsform ist das eine Durchschnittsspannung der Zellen, die als Spannungssollwert verwendet wird. In einer anderen Ausführungsform wird die Gesamtstapelspannung als Spannungssollwert verwendet.An embodiment of the present invention proposes to define a voltage setpoint (VSG) that provides a setpoint voltage for the fuel cell stack that discussed above Problems addressed when the stack 12 in a standby mode or an idle stop mode. The voltage setpoint may be any low voltage value, for example 100 mV, suitable for a stand-by operating voltage for the cells. In one embodiment, this is an average voltage of the cells used as the voltage setpoint. In another embodiment, the total stack voltage is used as the voltage setpoint.

2 ist ein Graph, bei dem die Zeit auf der horizontalen Achse, die Spannungsregeldifferenz auf dem unteren Ende der vertikalen Achse und der Anodendruck auf dem oberen Ende der vertikalen Achse aufgetragen ist. Die Kurve 50 stellt den Spannungssollwert dar und die Kurve 52 stellt die berechnete oder gemessene Spannung dar, beispielsweise die Durchschnittszellenspannung. Die Kurve 54 zeigt eine Anodendruckänderung innerhalb des Anodenbereichs des Stapels 12, die dazu verwendet wird, die Spannungsregeldifferenz durch Injizieren von Wasserstoff in den Anodenbereich des Stapels 12 zu regeln, was unten im Detail diskutiert werden wird. Wasserstoff, der zum Kathodenbereich des Stapels 12 wandert, wird mit Sauerstoff reagieren und die Zellenspannung reduzieren, was dazu führt, dass der Anodenbereichsdruck sinkt und die Spannungsregeldifferenz steigt. Zufuhr von Wasserstoff zum Anodenbereich des Stapels 12 bewirkt, dass der Anodenbereichsdruck steigt, was bewirkt, dass Wasserstoff zum Kathodenbereich wandert, was die Spannungsregeldifferenz reduziert. Demnach kann gezeigt werden, dass durch Regeln des Anodenbereichsdrucks beispielsweise durch Injizieren von Wasserstoff in den Anodenbereich, Korrekturen an der Spannungsregeldifferenz erzielt werden können. 2 Fig. 12 is a graph plotted time on the horizontal axis, voltage regulation difference on the lower end of the vertical axis, and anode pressure on the upper end of the vertical axis. The curve 50 represents the voltage setpoint and the curve 52 represents the calculated or measured voltage, for example the average cell voltage. The curve 54 shows an anode pressure change within the anode area of the stack 12 , which is used to calculate the voltage regulation difference by injecting hydrogen into the anode region of the stack 12 to settle what will be discussed in detail below. Hydrogen leading to the cathode area of the stack 12 migrates, will react with oxygen and reduce the cell voltage, which causes the anode area pressure to drop and the voltage regulation difference to increase. Supply of hydrogen to the anode area of the stack 12 causes the anode region pressure to increase, causing hydrogen to migrate to the cathode region, which reduces the voltage regulation difference. Thus, it can be shown that by controlling the anode area pressure, for example, by injecting hydrogen into the anode area, corrections can be made to the voltage regulation difference.

3 ist ein Blockdiagramm eines Regelungssystems 60, das zum Regeln der Stapelspannung oder der Zellendurchschnittsspannung während des Leerlauf-Stopp-Betriebs verwendet werden kann. Der Spannungssollwert wird aus dem Kasten 62 einem Komparator 64 zur Verfügung gestellt und die Zellendurchschnittsspannung oder die Stapelspannung wird von einem Spannungsmessgerät 66 oder einem anderen geeigneten Gerät dem Komparator 64 zur Verfügung gestellt. Ein typisches Brennstoffzellensystem wird aus verschiedenen Gründen sowohl die Stapelspannung als auch die Zellendurchschnittsspannung überwachen und im Stand der Technik sind für diese Zwecke viele Schaltungen und Algorithmen bekannt. Die Differenz zwischen dem Spannungssollwert und der tatsächlichen Spannung ist die Spannungsregeldifferenz, die in der Kurve 52 dargestellt ist, welche einem Kontroller 68 zur Verfügung gestellt wird. In Abhängigkeit davon, ob die Spannungsregeldifferenz oberhalb oder unterhalb des Sollwerts, der durch die Kurve 50 dargestellt wird, liegt, wird bestimmt, ob der Kontroller 68 veranlassen wird, dass Wasserstoff in den Stapel 12 injiziert wird, was im Kasten 70 dargestellt ist. Wie oben erwähnt, wird der Kontroller 68 dann bewirken, dass Wasserstoff in den Stapel 12 injiziert wird, was bewirkt, dass die Spannungsregeldifferenz mit einem Einbruch absinkt. Der Kontroller 68 wird die Injektion von Wasserstoff an einem gewissen Punkt, der bewirken kann, dass die Spannungsregeldifferenz über die Sollwertkurve 50 hinausschießt, stoppen. Der Wasserstoffverbrauch innerhalb des Stapels 12 wird bewirken, dass die Spannungsregeldifferenz sich in Richtung zur Sollwertkurve 50 zurückbewegt, wobei der Kontroller 68 wieder den Injektor 30 veranlasst, Wasserstoff in den Stapel 12 zu injizieren. 3 is a block diagram of a control system 60 that can be used to control the stack voltage or the cell average voltage during idle-stop operation. The voltage setpoint is removed from the box 62 a comparator 64 provided and the cell average voltage or the stack voltage is from a voltmeter 66 or any other suitable device to the comparator 64 made available. A typical fuel cell system will monitor both the stack voltage and the cell average voltage for various reasons, and many circuits and algorithms are known in the art for these purposes. The difference between the voltage setpoint and the actual voltage is the voltage regulation difference that is in the curve 52 which is a controller 68 is made available. Depending on whether the voltage regulation difference above or below the setpoint, by the curve 50 is determined, it is determined whether the controller 68 will cause hydrogen in the stack 12 what is injected in the box 70 is shown. As mentioned above, the controller becomes 68 then cause hydrogen in the stack 12 is injected, which causes the voltage regulation difference to drop with a dip. The controller 68 is the injection of hydrogen at some point, which can cause the voltage regulation difference over the setpoint curve 50 shoot out, stop. The hydrogen consumption within the stack 12 will cause the voltage regulation difference to move towards the setpoint curve 50 moved back, with the controller 68 again the injector 30 causes hydrogen in the stack 12 to inject.

In einer alternativen Ausführungsform kann das Regelungssystem 60 dazu verwendet werden, den Luftfluss zu dem Kathodenbereich des Stapels 12 zu regeln, um die Spannungsregeldifferenz zu regeln und zu reduzieren. Das Zuführen von Luft zu dem Kathodenbereich des Stapels 12 wird den Wasserstoff im Kathodenbereich verdrängen und/oder aufbrauchen. Da Sauerstoff auf den Oberflächen der Kathodenelektrode absorbiert wird, wird die Zellenspannung ansteigen. Es ist mit anderen Worten nicht genug Sauerstoff in dem Kathodenbereich des Stapels 12 vorhanden, wenn die Spannung unterhalb des Sollwerts liegt, wobei Wasserstoff aus dem Anodenbereich zu dem Kathodenbereich schneller diffundiert, als die Sauerstoffmenge in den Kathodenbereich gelangt.In an alternative embodiment, the control system 60 be used to control the flow of air to the cathode area of the stack 12 to regulate and reduce the voltage regulation difference. The feeding of air to the cathode area of the stack 12 will displace and / or use up the hydrogen in the cathode area. As oxygen is absorbed on the surfaces of the cathode electrode, the cell voltage will increase. In other words, there is not enough oxygen in the cathode area of the stack 12 when the voltage is below the setpoint, with hydrogen diffusing from the anode region to the cathode region faster than the amount of oxygen entering the cathode region.

Die oben beschriebene Bedingung kann in der 4 gezeigt werden, die ein Graph ist, bei dem die Zeit auf der horizontalen Achse und die Spannungsregeldifferenz auf der vertikalen Achse aufgetragen ist, die die gleiche Spannungsregeldifferenz und die gleichen Sollwertkurven 50 und 52 aus der 2 zeigt. Die vertikale Achse beinhaltet ferner eine Kathodenflusskurve 72, die Einstellungen in der Kathodenluft in dem Kathodenbereich des Stapels 12 in Reaktion auf die Spannungsregeldifferenz darstellt.The condition described above can be found in the 4 which is a graph in which the time is plotted on the horizontal axis and the voltage regulation difference on the vertical axis are the same voltage regulation difference and the same reference value curves 50 and 52 from the 2 shows. The vertical axis further includes a cathode flux curve 72 , the settings in the cathode air in the cathode region of the stack 12 in response to the voltage regulation difference.

Wie aus dem Vergleich der Kurven 52 und 72 ersichtlich ist, erhöht der Kontroller 68 die Luft im Kathodenbereich des Stapels 12 dann, wenn die Spannungsregeldifferenz unterhalb der Sollwertkurve 50 liegt oder sich in Richtung zu der Sollwertkurve 50 bewegt, und der Kontroller 68 reduziert oder veranlasst die Reduktion von Kathodenluft im Kathodenbereich des Stapels 12 dann, wenn die Spannungsregeldifferenz oberhalb der Sollwertkurve 50 liegt. In dieser Ausführungsform würde der Kontroller 68 die Drehzahl des Kompressors 14 erhöhen, um mehr Luft bereitzustellen, und/oder die Stellung des Bypassventils 40 einstellen, um den Luftbypass zu reduzieren, und/oder die Stellung des Druckbegrenzungsventils 38 einstellen, um den Luftfluss aus dem Stapel 12 zu reduzieren.As from the comparison of the curves 52 and 72 can be seen, the controller increases 68 the air in the cathode area of the stack 12 then if the voltage regulation difference is below the setpoint curve 50 lies or towards the setpoint curve 50 moved, and the controller 68 reduces or causes the reduction of cathode air in the cathode area of the stack 12 then, if the voltage regulation difference above the setpoint curve 50 lies. In this embodiment, the controller would 68 the speed of the compressor 14 increase to provide more air and / or the position of the bypass valve 40 to reduce the air bypass, and / or the position of the pressure relief valve 38 Adjust the flow of air from the stack 12 to reduce.

Alternativ dazu kann das Regelungssystem 60 sowohl die Wasserstoffmenge für die Anode als auch den Luftfluss zur Kathode gleichzeitig oder als Teil derselben Regelung regeln. Alternatively, the regulatory system 60 both the amount of hydrogen for the anode and the air flow to the cathode simultaneously or as part of the same regulation regulate.

In alternativen Ausführungsformen können andere Parameter als die Spannung verwendet werden, um eine Regeldifferenz zu erzeugen. Beispielsweise können Konzentrationssensoren verwendet werden, um eine Konzentrationsregeldifferenz zu erzeugen, wobei das Regelungssystem 60 mehr Gas an den Anodenbereich und/oder mehr Kathodenluft an den Kathodenbereich liefern würde, um zu bewirken, dass die Konzentration auf einen Konzentrationssollwert eingestellt wird.In alternative embodiments, parameters other than the voltage may be used to generate a control difference. For example, concentration sensors may be used to generate a concentration rule difference, wherein the control system 60 supply more gas to the anode region and / or more cathode air to the cathode region to cause the concentration to be adjusted to a concentration setpoint.

Wie von Fachleuten gut verstanden wird, können verschiedene oder einige Schritte und Verfahren, die hier erörtert wurden, um die Erfindung zu beschreiben, von einem Computer, einem Prozessor oder einer anderen elektronischen Recheneinheit ausgeführt werden, die mit Hilfe elektrischer Phänomene Daten manipuliert und/oder transformiert. Diese Computer und elektrischen Geräte können verschiedene flüchtige und/oder nicht flüchtige Speicher inklusive einem festen computerlesbaren Medium mit einem darauf befindlichen ausführbaren Programm beinhalten, das verschiedene Codes oder ausführbare Instruktionen beinhaltet, die von dem Computer oder Prozessor ausgeführt werden, wobei der Speicher und/oder das computerlesbare Medium alle Formen und Arten von einem Speicher und anderen computerlesbaren Medien beinhalten kann.As will be well understood by those skilled in the art, various or some of the steps and methods discussed herein to describe the invention may be performed by a computer, processor, or other electronic computing device that manipulates and / or manipulates data using electrical phenomena transformed. These computers and electrical devices may include various volatile and / or nonvolatile memories including a fixed computer readable medium having an executable program thereon containing various codes or executable instructions executed by the computer or processor, the memory and / or the computer readable medium may include all forms and types of memory and other computer readable media.

Die vorhergehende Diskussion zeigt und beschreibt rein exemplarische Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung. Ein Fachmann kann leicht aus der Diskussion an den beigefügten Figuren und Patentansprüchen erkennen, dass zahlreiche Änderungen, Modifikationen und Variationen gemacht werden können, ohne dabei den Geist und den Bereich der Erfindung zu verlassen, wie er mit den folgenden Patentansprüchen definiert ist.The foregoing discussion shows and describes purely exemplary embodiments of the present invention. One skilled in the art will readily recognize from the discussion of the attached figures and claims that numerous changes, modifications and variations can be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the following claims.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 7320840 [0020] US 7320840 [0020]

Claims (9)

Ein Verfahren zum Regeln eines oder mehrerer Reaktanten in einem Brennstoffzellenstapel, wenn der Brennstoffzellenstapel in einem Stand-by-Betrieb oder einem Leerlauf-Stopp-Betrieb ist, wobei das Verfahren umfasst: – Identifizieren eines Parameters des Stapels, der sich während des Betriebs des Brennstoffzellenstapels ändert; – Identifizieren eines Sollwerts für den Parameter für den Stand-by-Betrieb oder für den Leerlauf-Stopp-Betrieb; – Überwachen des Parameters, wenn der Stapel in dem Stand-by-Betrieb oder in dem Leerlauf-Stopp-Betrieb ist; – Vergleichen des Sollwerts mit dem Parameter während des Stand-by-Betriebs oder des Leerlauf-Betriebs des Stapels, um eine Regeldifferenz zu erzeugen; und – Reduzieren der Regeldifferenz durch Zuführen von Wasserstoff zu einem Anodenbereich des Brennstoffzellenstapels und/oder von Luft zu einem Kathodenbereich des Brennstoffzellenstapels.A method of controlling one or more reactants in a fuel cell stack when the fuel cell stack is in a stand-by mode or an idle-stop mode, the method comprising: Identifying a parameter of the stack that changes during operation of the fuel cell stack; - identifying a setpoint for the parameter for the stand-by mode or for the idle-stop mode; - monitoring the parameter when the stack is in the stand-by mode or in the idle-stop mode; Comparing the setpoint with the parameter during standby or idle operation of the stack to produce a control difference; and Reducing the control difference by supplying hydrogen to an anode region of the fuel cell stack and / or air to a cathode region of the fuel cell stack. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Identifizieren eines Parameters des Stapels und das Identifizieren eines Sollwerts das Identifizieren einer Stapelspannung und eines Stapelspannungssollwerts beinhaltet.The method of claim 1, wherein identifying a parameter of the stack and identifying a setpoint includes identifying a stack voltage and a stack voltage setpoint. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Identifizieren eines Parameters des Stapels und das Identifizieren eines Sollwerts das Identifizieren einer Durchschnittszellenspannung der Brennstoffzellen in dem Stapel und eines Durchschnittszellenspannungssollwertes beinhaltet.The method of claim 1, wherein identifying a parameter of the stack and identifying a setpoint includes identifying an average cell voltage of the fuel cells in the stack and an average cell voltage setpoint. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Reduzieren der Regeldifferenz durch Zuführen von Wasserstoff zu einem Anodenbereich des Brennstoffzellenstapels und/oder von Luft zu einem Kathodenbereich des Brennstoffzellenstapels das Zuführen von Wasserstoff zu dem Anodenbereich des Brennstoffzellenstapels beinhaltet.The method of claim 1, wherein reducing the control difference by supplying hydrogen to an anode region of the fuel cell stack and / or air to a cathode region of the fuel cell stack includes supplying hydrogen to the anode region of the fuel cell stack. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Zuführen von Wasserstoff zu dem Anodenbereich des Brennstoffzellenstapels das Injizieren von Wasserstoff in den Anodenbereich des Brennstoffzellenstapels unter Verwendung eines Injektors beinhaltet.The method of claim 4, wherein supplying hydrogen to the anode region of the fuel cell stack includes injecting hydrogen into the anode region of the fuel cell stack using an injector. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Reduzieren der Regeldifferenz durch Zuführen von Wasserstoff zu einem Anodenbereich des Brennstoffzellenstapels und/oder von Luft zu einem Kathodenbereich des Brennstoffzellenstapels das Regeln einer Drehzahl eines Kompressors, welcher Luft zu dem Kathodenbereich des Brennstoffzellenstapels fördert, beinhaltet.The method of claim 1, wherein reducing the control difference by supplying hydrogen to an anode region of the fuel cell stack and / or air to a cathode region of the fuel cell stack includes controlling a rotational speed of a compressor that delivers air to the cathode region of the fuel cell stack. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Reduzieren der Regeldifferenz durch Zuführen von Wasserstoff zu einem Anodenbereich des Brennstoffzellenstapels und/oder von Luft zu einem Kathodenbereich des Brennstoffzellenstapels das Regeln einer Stellung eines Bypassventils in einer Bypassleitung, welche Luft um den Brennstoffzellenstapel herumführt, beinhaltet.The method of claim 1, wherein reducing the control difference by supplying hydrogen to an anode region of the fuel cell stack and / or air to a cathode region of the fuel cell stack includes controlling a position of a bypass valve in a bypass line that guides air around the fuel cell stack. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Reduzieren der Regeldifferenz durch Zuführen von Wasserstoff zu einem Anodenbereich des Brennstoffzellenstapels und/oder von Luft zu einem Kathodenbereich des Brennstoffzellenstapels das Regeln einer Stellung eines Druckbegrenzungsventils in einer Kathodenbereichsabgasleitung von dem Brennstoffzellenstapel beinhaltet.The method of claim 1, wherein reducing the control difference by supplying hydrogen to an anode region of the fuel cell stack and / or air to a cathode region of the fuel cell stack includes controlling a position of a pressure relief valve in a cathode region exhaust gas line from the fuel cell stack. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Brennstoffzellenstapel auf einem Fahrzeug ist und der Stand-by-Betrieb oder der Leerlauf-Stopp-Betrieb initiiert wird, wenn das Fahrzeug gestoppt wird.The method of claim 1, wherein the fuel cell stack is on a vehicle and the stand-by or idle-stop operation is initiated when the vehicle is stopped.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015036100A1 (en) * 2013-09-10 2015-03-19 Daimler Ag Method for operating a fuel cell system
US10128517B2 (en) 2015-04-15 2018-11-13 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6187599B2 (en) * 2013-11-14 2017-08-30 日産自動車株式会社 Fuel cell system
DE102019001388A1 (en) * 2019-02-27 2020-08-27 Daimler Ag Method for shutting down a fuel cell system
CN113451622B (en) * 2020-03-25 2023-01-10 北京亿华通科技股份有限公司 Idling control method, system and device of fuel cell system and computer equipment

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7320840B2 (en) 2003-07-17 2008-01-22 General Motors Corporation Combination of injector-ejector for fuel cell systems

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6214487B1 (en) * 1999-02-01 2001-04-10 Motorola, Inc. Integral sensors for monitoring a fuel cell membrane and methods of monitoring
JP2004190604A (en) * 2002-12-12 2004-07-08 Matsushita Electric Ind Co Ltd Device and method for judging life of battery
US20080002472A1 (en) * 2006-06-29 2008-01-03 More Energy, Ltd. Controller for fuel cell in standby mode or no load condition
US7695839B2 (en) * 2006-10-16 2010-04-13 Gm Global Technology Operations, Inc. Method for improved power up-transient response in the fuel cell system
KR101000703B1 (en) * 2008-07-08 2010-12-10 현대자동차주식회사 Idle stop and start control method of fuel cell hybrid vehicle
US9034530B2 (en) * 2008-08-06 2015-05-19 GM Global Technology Operations LLC Fuel cell stack used as coolant heater
US20100288570A1 (en) * 2009-05-18 2010-11-18 Gm Global Technology Operations, Inc. Tandem dual pumps for a hybrid propulsion system
CN102751518B (en) * 2011-04-20 2014-11-05 本田技研工业株式会社 Fuel cell system and control method thereof

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7320840B2 (en) 2003-07-17 2008-01-22 General Motors Corporation Combination of injector-ejector for fuel cell systems

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015036100A1 (en) * 2013-09-10 2015-03-19 Daimler Ag Method for operating a fuel cell system
US10128517B2 (en) 2015-04-15 2018-11-13 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system
DE102016105995B4 (en) * 2015-04-15 2021-06-10 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system

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